87725064 ap de laboratorio de comandos eletricos 2012
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2012
Laboratrio de
Comandos Eltricos II
Curso Tcnico em Eletrotcnica
NILTON CSAR FIGUEIRA
C O L G I O I G U A U , F O Z D O I G U A U P A R A N
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LABORATRIO DE COMANDOS ELTRICOS ELETROTCNICA COLGIO IGUAU FOZ
DO IGUAU -PR
Curso de Eletrotcnica
Laboratrio de Comandos Eltricos
4 Mdulo
Esta apostila visa fornecer apio terico para os alunos do Curso de Eletrotcnica do Colgio
Iguau de Foz do Iguau, na matria de Laboratrio de Comandos Eltricos II. Sero abordados
as chaves de partida de motores de induo trifsicos, arquitetura e princpios de
funcionamento sobre CLP, Soft-Starters e Inversores de Freqncia.
Cabe destacar que para o aluno neste momento, a oportunidade de desenvolver e adquirir a
capacidade de raciocnio lgico para elaborar projetos de acionamento envolvendo motores e,
por conseguinte demais dispositivos para a automao de sistema industrial.
Nilton Csar Figueira
Foz do Iguau, 10/03/2012
Site do professor
http: //sites.google.com/site/niltoncesarfigueira
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LABORATRIO DE COMANDOS ELTRICOS ELETROTCNICA COLGIO IGUAU FOZ
DO IGUAU -PR
SUMRIO
1. MOTORES ASSNCRONOS ................................................................................................... 5
1.1. A CURVA CONJUGADO X ACELERAO DE UM MIT ................................................. 6
2. CHAVES DE PARTIDA DE MOTORES DE INDUO TRIFSICOS ........................................... 7
2.1. CHAVE DE PARTIDA DIRETA ......................................................................................... 7
2.1.1. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA .................................... 8
2.1.2. DIMENSIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA ........................................ 8
2.2. PARTIDA ESTRELA-TRINGULO .................................................................................. 10
2.2.1 ESQUEMA DE LIGAO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO ........................ 10
2.2.2. EQUACIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO ............................ 12
2.2.3. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO .... 14
2.2.4. VANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO .................................................. 15
2.2.5. DESVANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO............................................ 15
2.3. PARTIDA COMPENSADA ............................................................................................. 16
2.3.1. AUTOTRANSFORMADOR DE PARTIDA ............................................................... 16
2.3.2. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE COMPENSADORA ...................................... 18
2.3.3. EQUACIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA COMPENSADORA ...................... 19
2.3.4. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE COMPENSADORA .......... 22
2.3.5. VANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA ........................................................ 22
2.3.6. DESVANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA.................................................. 23
3. PARTIDA ELETRNICA (SOFT STARTER) ............................................................................. 23
3.1. FUNCIONAMENTO DA SOFT-STARTERS ..................................................................... 24
3.1.1. CIRCUITO DE POTNCIA ...................................................................................... 25
3.1.2. CIRCUITO DE CONTROLE ..................................................................................... 25
3.2. PRINCIPAIS FUNES DA SOFT-STARTER .................................................................. 25
3.2.1. RAMPA DE TENSO NA ACELERAO................................................................ 25
3.2.2. RAMPA DE TENSO NA DESACELERAO ......................................................... 26
3.2.3. PULSO DE TENSO DE PARTIDA (KICK START) ................................................... 27
3.2.4. LIMITAO DE CORRENTE .................................................................................. 28
3.3. PROTEES ................................................................................................................. 28
3.4. DESCRIO DOS PARMETROS ................................................................................. 29
3.5. FORMAS DE LIGAO ................................................................................................. 29
3.5.1. LIGAO DIRETA ................................................................................................. 29
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3.5.2. LIGAO COM CONTATOR EM PARALELO (CONTATOR DE BY PASS) ............... 30
3.5.3. LIGAO EM PARTIDA SEQUENCIAL DE DIVERSOS MOTORES ......................... 31
3.5.4. LIGAO SIMULTNEA DE DIVERSOS MOTORES .............................................. 31
3.5.5. DIAGRAMA DE COMANDO DA SOFT-STARTER .................................................. 32
4. INVERSORES DE FREQUNCIA NO ACIONAMENTO DE MOTORES .................................... 32
4.1. INTRODUO AO INVERSOR DE FREQUNCIA .......................................................... 32
4.2. FUNCIONAMENTO DO INVERSOR DE FREQUNCIA .................................................. 33
4.3. TIPOS DE INVERSORES DE FREQUNCIA .................................................................... 35
4.3.1. INVERSOR ESCALAR ............................................................................................ 35
4.3.2. INVERSOR VETORIAL .......................................................................................... 35
4.4. BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR .................................................................... 36
4.4.1. BLOCO CPU .......................................................................................................... 36
4.4.2. BLOCO IHM ......................................................................................................... 36
4.4.3. BLOCO INTERFACES ............................................................................................ 37
4.4.4. BLOCO ETAPA DE POTNCIA .............................................................................. 37
4.5. SISTEMA DE ENTRADA DE DADOS E SADA DE DADOS ............................................. 37
4.6. FORMAS DE VARIAO DE VELOCIDADE EM UM INVERSOR DE FREQUNCIA ........ 37
4.6.1. ACIONAMENTO PELA IHM .................................................................................. 37
4.6.2. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS DIGITAIS ..................................................... 38
4.6.3. ACIONAMENTO PELA FUNO MULTISPEED .................................................... 38
4.6.4. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS ANALGICAS .............................................. 39
4.6.5. PELO POTENCIMETRO ...................................................................................... 39
4.6.6. PELA FONTE DE TENSO OU CORRENTE EXTERNAS .......................................... 39
4.7. CONSIDERAES SOBRE O USO DE INVERSORES DE FREQUNCIA .......................... 39
5. CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL .......................................................................... 40
5.1. INTRODUO AO CLP ................................................................................................. 41
5.1.1. DESCRIO DOS PRINCIPAIS ITENS .................................................................... 42
5.2. FUNCIONAMENTO DOS CLP ....................................................................................... 46
5.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO CLP ...................................................... 49
5.4. PROGRAMAO DO CLP ............................................................................................ 49
REFERNCIA BIBLIOGRAFICA ...................................................................................................... 51
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1. MOTORES ASSNCRONOS
Os motores assncronos ou de induo, por serem robustos e baratos, so os motores mais
largamente empregados na indstria. Nestes motores, o campo girante roda a velocidade
sncrona, como nas mquinas sncronas.
Teoricamente, para o motor girando a vazio e sem perdas, o rotor teria tambm a velocidade
sncrona. Entretanto, ao ser aplicado um conjugado externo ao motor, o seu rotor diminuir de
velocidade na justa proporo necessria para que a corrente induzida pela diferena de
rotao entre o campo girante (sncrono) e o rotor, passe a produzir um conjugado
eletromagntico igual e oposto ao externamente aplicado. O conjugado eletromagntico
proporcional ao fluxo produzido pelo campo girante, e corrente e fator de potncia do rotor.
A perda de rotao do rotor (necessria para que o conjugado eletromagntico seja
produzido), expressa por unidade de velocidade sncrona, chama-se escorregamento:
O conjugado eletromecnico pode ser expresso pela relao:
Onde:
a potncia do campo girante que gira a uma velocidade angular sncrona . Por outro lado, se a potncia mecnica fornecida atravs do eixo, que gira a uma velocidade angular radianos por segundo
Portanto:
. .
Ou seja, a potncia cedida pelo eixo igual potncia disponvel no entreferro mquina (potncia do campo girante), menos as parcelas correspondentes s perdas no rotor . . A rotao do eixo do motor expressa por:
. .
Onde:
= rotao em rpm no eixo do rotor; f = freqncia em Hz; P = nmero de plos;
S = escorregamento
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Figura 1.1: Estrutura bsica de um motor de induo.
A freqncia da corrente induzida no rotor igual ao escorregamento vezes a freqncia do
estator, ou seja:
. Onde:
a freqncia da corrente estatrica a freqncia da corrente rotrica 1.1. A CURVA CONJUGADO X ACELERAO DE UM MIT
Figura 1.2: Caractersticas um motor com partida a plena tenso.
Na figura 1.2 temos a caracterstica da curva de partida de um MIT. Podemos notar a curva da
corrente no estator a plena tenso, bem como o torque fornecido pelo rotor da mquina
durante o processo de acelerao.
Repare que a curva do torque da carga tambm aumenta com a acelerao ou amento de
rotao (h outras curvas caractersticas de cargas). No ponto onde a curva do conjugado da
carga cruza a do conjugado do motor, o ponto ideal de funcionamento do sistema.
No eixo da abscissa temos a rotao do motor. Repare que 100% da RPM nominal
equivalente rotao sncrona (rotao do campo girante do estator igual ao do rotor) e nesta
velocidade o motor no desenvolve conjugado.
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2. CHAVES DE PARTIDA DE MOTORES DE INDUO TRIFSICOS
Durante a partida de um MIT, a velocidade de um motor praticamente nula e a corrente
mxima se mantendo neste patamar at prximo da velocidade de trabalho do motor. Isto
quer dizer que a corrente de um motor funo da tenso aplicada sobre ele.
A funo das chaves de partida a reduo da tenso durante a partida dos motores e aps
certo intervalo, fornecer tenso nominal ao motor, quando ento j estar prximo de
atingir a sua rotao de trabalho.
2.1. CHAVE DE PARTIDA DIRETA
A partida direta a forma mais simples de partir um MIT, na qual as trs fases so ligadas
diretamente ao motor, ocorrendo um pico de corrente. Sempre, que possvel, a partida dever
ser direta, por meio de contatores.
A partida direta dever ser utilizada nos seguintes casos:
Baixa potncia do motor
A mquina acionada no necessita de uma acelerao progressiva ou esta equipada com
redutores mecnicos de velocidade
Conjugado de partida elevado
Assim, fica fcil enumerar as vantagens de uma chave de partida direta:
Equipamento simples, de fcil construo e projeto
Conjugado de partida elevado
Partida rpida
Baixo custo
Nos casos em que a corrente do motor elevada, podem ocorrer as seguintes conseqncias
prejudiciais:
Elevada queda de tenso no sistema de alimentao da rede. Em funo disto, provoca
interferncias em equipamentos instalados no sistema;
O sistema de proteo (cabos, contatores), dever ser superdimensionado, ocasionando
um custo elevado;
A imposio das concessionrias de energia que impem restries de queda de tenso na
rede (abaixo de 5 CV uso comercial e abaixo de 10 CV uso industrial)
OBSEVAES:
Na partida direta, a corrente de partida diretamente proporcional tenso de
alimentao e diminu medida que a velocidade aumenta
O conjugado de partida varia proporcionalmente ao quadrado da alimentao
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2.1.1. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA
Figura 2.1: Esquema de comando de uma partida direta.
No diagrama de fora, a proteo por curto-circuito fornecida por trs fusveis: L1, L2 e L3. As
trs fases so conectadas aos contatos de fora do contator K1; do contator K1, as fases so
conectadas ao rel trmico FT1, o qual efetua a proteo por sobrecarga. Do rel trmico FT1,
os trs cabos so conectados aos bornes de ligao do motor.
O circuito de comando alimentado pela fase L e neutro N. A proteo do circuito de comando
e proporcionado pelo fusvel L1. O circuito funciona da seguinte maneira:
Ao pressionarmos a botoeira S1 (NA), o circuito de corrente at a bobina do contator K1 ser
fechado alimentado a bobina de K1 e acendendo a lmpada H1. Assim, K1 ir atracar,
fechando os contatos NA e abrindo os NF. O contato NA (13-14) fechando, fornece um
caminho em paralelo com a botoeira S1 para alimentar a bobina de K1 e a lmpada H1.
O contato NA (13-14) tem a funo de selo (contato de selo), pois quando tirarmos a presso
sobre a botoeira S1 ela abrir, porm, como o contato NA (13-14) estar fechado, o bobina de
K1 continuar energizada, mantendo a atrao sobre a armadura mvel.
Simultaneamente ao fechamento do contato NA (13-14), os contatos de fora de K1 tambm
fecharam, acionando o motor. Veja que para desligar o motor, podemos acionar a botoeira S0
(NF) ou ento, ocorrendo uma atuao do rel trmico FT1. Atuao de FT1 causar a abertura
dos contatos NF (95-96). Lembrando que neste caso teremos que rearmar manualmente o
dispositivo de trava do contato do rel trmico para podermos religar o motor.
2.1.2. DIMENSIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA
Como a chave de partida direta muito simples, vamos direto a um exemplo. Imagine que
tenhamos um motor de 20 cv, seis plos, 380 V/60 Hz, com tenso de comando de 220 V,
Tp = 2 s e queiramos determinar as caractersticas dos componentes da chave de partida direta
para acionarmos este motor.
Dados de placa do motor:
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In (380) = 32, 35 A (corrente nominal do motor)
Ip/In = 7, 5 ( a relao caracterstica de fbrica entre a corrente de partida e a corrente
nominal do motor)
Assim temos a corrente de partida Ip = 244,07 A
Tp o tempo de partida do motor
a. DIMENSIONAMENTO DO CONTATOR K1:
Para dimensionarmos K1, devemos levar em conta a corrente nominal do motor (In), para
determinarmos a corrente do contator (Ie). Assim temos:
32,35 % Basta localizar no catlogo do fabricando o contator que tenha esta corrente.
b. DIMENSIONAMENTO DO REL DE SOBRECARGA FT1:
O rel deve ter uma faixa de ajuste em que a corrente nominal do motor esteja includa. Basta
localizar no catlogo do fabricante o rel que possua a referida faixa de ajuste.
c. DIMENSIONAMENTO DOS FUSVEIS:
Tomando como base a corrente e o tempo de partida, tem-se:
Figura 2.2: Esboo da curva caracterstica do fusvel.
Entrando com os valores de corrente e tempo de partida, escolhemos o fusvel (If) de 50 A. Ao
final, a corrente do fusvel deve satisfazer as seguintes condies:
& 1,2 ( & ) &*,: a mxima corrente de curto-circuito que o fusvel permite circular no sistema deve ser menor que a mxima corrente suportada pelos contados do contator.
& ) &*,./: a mxima corrente de curto-circuito que o fusvel permite circular no sistema deve ser menor que a mxima corrente suportada pelos contados do rel trmico.
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EXERCCIO PROPOSTO 2.1: Faa um comando onde dois motores (M1 e M2) acionados por
partida direta, onde M2 apenas possa ser ligado se M1 estiver ligado.
2.2. PARTIDA ESTRELA-TRINGULO
Consiste na alimentao do motor com uma reduo de tenso nas bobinas durante a sua
partida. O motor parte em estrela, isto , com uma tenso de 58% da tenso nominal, e aps
certo tempo a ligao convertida em tringulo, assumindo a tenso nominal.
Esta chave proporciona uma reduo na corrente de partida de aproximadamente 33%. Deve
ser usada em aplicaes que tenha o conjugado resistente de at um tero do conjugado de
partida do motor em estrela.
Uma vez que o conjugado de partida proporcional ao quadrado da tenso de alimentao,
teremos um conjugado de 20% a 50% do conjugado nominal. A velocidade do motor estabiliza-
se quando os conjugados motor e resistente se equilibram, geralmente entre 75% a 85% da
velocidade nominal. Os enrolamentos so ligados em tringulo e o motor recupera as suas
caractersticas nominais. A passagem da ligao estrela para a ligao em tringulo feita por
um temporizador.
Figura 2.3: Corrente de partida e conjugado de partida na chave estrela-tringulo.
Para ser possvel a ligao estrela-tringulo, os motores devem ter a possibilidade de ligao
em dupla tenso (220V/380V, 380V/660V). Os motores devem ter no mnimo seis bornes de
ligao.
2.2.1 ESQUEMA DE LIGAO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO
A seguir iremos analisar o esquema de ligao de uma chave estrela-tringulo. Para isto, nos
basearemos nos diagramas de comando e de fora a baixo.
Veja que no diagrama de fora, precisamos de trs contatores. O K3 faz o fechamento em
estrela e ser fechado durante a partida do motor. Aps transcorrido o tempo de partida
programado no temporizador KT1, K3 ser aberto.
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O contator K1 ser fechado na partida junto com K3 e o motor parte em estrela (K3 e K1
fechados). Assim que transcorrer o tempo de ajuste em KT1, K3 ser aberto e K2 fechado.
Ento o motor estar ligado em tringulo (K1 e K2 fechados).
Figura 2.4: Diagrama de comando e fora da chave estrela-tringulo.
No diagrama de comando, ao pressionar SH1 ser energizado e mantido energizado pelo
contato de K1 NA-13/14 o rel de tempo KT1. KT1 um rel de tempo projetado para este tipo
de partida e quando energizado, o contato NF-15/16 comuta para NA-15/18 (o ponto 15
comum) e o outro contato de KT1 NF-25/26 (NA-25/28 o ponto 25 comum) no comuta.
Ento o rel comear a contar o tempo programado. Depois de transcorrido o tempo
ajustado em KT1, o contato 15-18 volta para 15-16 e aps cerca de 30 a 100 ms o contato 25-
26 comuta para 25-28 e continua assim, at que a alimentao seja retirada.
Ento, transcorrido o tempo programado em KT1, o contato 15/18 comuta para 15/16,
desligado K3, porm K1 continuar energizado pelo seu selo NA-23/24. Neste momento o
circuito das bobinas do motor estar aberto. Cerca de 30 a 100 ms ocorre a comutao do
contato de KT1 25/26 para 25/28. Como K3 j est desligado, seu contato NF2-21/22 em srie
com a bobina de K2 estar novamente fechado e o contator K2 ser ligado. O motor ento est
ligado em tringulo e recupera suas caractersticas nominais. A lmpada H1 acender.
O contato NF-21/22 de K3 em srie com a bobina de K2 abre. Isto para garantir
intertravamente eltrico, pois os dois contatores nunca podem ser energizados ao mesmo
tempo.
O contato de K2 NA-13/14 fecha em paralelo com o NA-25/28 para garantir que K2 fique
energizado, apesar de que neste tipo de comando, o rel de tempo KT1 ficar sempre
energizado, mais uma garantia. Para desligar o comando atravs da botoeira NF SH1 ou
atuao do rel trmico ou a queima do fusvel de comando.
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2.2.2. EQUACIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO
2.2.2.1. EQUACIONAMENTO DO TORQUE
Sendo Vn a tenso de alimentao de cada uma das fases do enrolamento do motor, o
conjugado desenvolvido e dado pela seguinte equao:
0 2 ( 3 Sendo:
4: Torque desenvolvido na ligao delta 5: Constante do motor 6: Tenso nominal de cada uma das fases
3 3789:9 0 2 ( 3789:9 Quando feita a ligao em estrela, temos a tenso de fase 6& aplicada ao motor e esta tenso dada por:
3 3;89:9=
Temos ento o torque em estrela dado por:
0> 2 ( ?3789:9= @
0> 2 (
3789:9=
Podemos escrever esta equao da seguinte forma:
0> 0=
Como o motor parte em y, temos uma reduo de um tero do conjugado do motor.
2.2.2.2. DETERMINAO DAS CORRENTES DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO
Para determinarmos as correntes nos circuitos de uma chave estrela-tringulo, primeiro
consideremos o diagrama unifilar da figura 2.5. Assim consideremos IK1, IK2 e IK3 as correntes
que circulam no contatores K1, K2 e K3 respectivamente. O que nos interessa as correntes
que circulam pelos contatores.
Para tanto, consideremos a ligao do motor em tringulo para obtermos os respectivos
valores de corrente. A figura 2.5 tambm tem a ligao do motor em tringulo. Considerando
que corrente de linha igual corrente nominal:
A; A A relao entre a corrente em delta e a corrente de linha (alimentao) dada por:
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A A;=
Como a corrente de delta a mesma que circula nos contatores K1 e K2, tem-se que:
A A2 A2 A;= , BC ( A
E sua impedncia dada por:
D EA= D =A ( E
Figura 2.5: diagrama unifilar da chave estrela-tringulo e a ligao do motor em delta.
Para calcularmos a corrente no contator K3 (IK3), devemos considerar a ligao estrela, pois
ele somente entre em funcionamento na ligao estrela do motor. A figura 2.6 mostra o
diagrama de fora da ligao em estrela com suas respectivas correntes.
Figura 2.6: Ligao do motor em estrela.
Desta forma temos a corrente em estrela dada pela tenso dividida pela impedncia:
F E=D A> E=
= ( EA
A> A=
A> , ==A
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A corrente do rel de sobrecarga FT1 a mesma do contator K1, pois o rel est ligado abaixo
desse contator e a corrente que circula nele a mesma do contator K1. Com isso temos todas
as correntes do circuito:
A2 A2 , BC ( A A2= , == ( A AG0 , BC ( A A corrente de partida tem uma reduo de 33% em relao partida direta, devido a ligao
estrela-tringulo.
2.2.3. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO
Dimensionar uma chave de partida estrela-tringulo para um motor de 100 cv, dois plos, 380
V/660 V 60 Hz, com tenso de comando de 220 V, tempo de partida Tp=10 s.
Dados de placa do motor:
HIJ K 134,44 %; NONP 8,2
Da, obtemos a corrente de partida: R NONP ( HIJ K 1102,49 %
Nmeros de contatos auxiliares:
Normalmente em uma chave estrela-tringulo necessita-se, para o contator K1, de dois
contatos NA e para os contatores K2 e K3, um contato NA e um NF.
a. Dimensionamento dos contatores K1 e K2:
0,58 ( U 78 % b. Dimensionamento do contator K3:
0,33 ( U 44,4 % c. Dimensionamento do rel de sobrecorrente:
O rel de sobrecorrente que ser utilizado dever ter uma faixa de ajuste em que esteja a
corrente que passa pelo contator K1.
0,58 ( U 78 % d. Dimensionamento dos fusveis: No momento da partida, a corrente de partida
reduzida de um tero,
0,33 ( R U 363,8 % Sendo o tempo de partida 10 segundos, temos o esboo da curva caracterstica do fusvel na
figura 2.7.
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Figura 2.7: Curva caracterstica do fusvel.
Para fazer o clculo de corrente devemos atender as trs condies, como no clculo para a
partida direta. preciso considerar a ligao do motor em estrela. Com isso teremos a
seguinte corrente:
0,58 ( Ento, preciso verificar as condies necessrias:
&XY[\ 1,2 ( &XY[\ ) &XY[\], &XY[\ ) &XY[\],./ 2.2.4. VANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO
Baixo custo em relao chave compensadora
Pequeno espao ocupado pelos componentes
Sem limite mximo de manobras
2.2.5. DESVANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO
Se o motor no atingir pelo menos 90% de sua rotao nominal, na comutao para a
ligao tringulo, o pico de corrente quase o mesmo da partida direta
O motor deve ter pelo menos seis terminais acessveis para a ligao
O valor da tenso da rede deve coincidir com o valor de tenso da ligao tringulo do
motor
EXERCCIO PROPOSOTO 2.2: Projete o comando de uma chave estrela-tringulo utilizando o
mesmo circuito de fora apresentado na figura 2.6, porm, o rel de tempo KT1 utilizado ser
o RTW-RE da Weg. Este temporizador possui a funo de retardo na energizao, isto , aps a
energizao do rel, inicia-se a contagem de tempo ajustado em um dial. Decorrido este
perodo ocorrer a comutao dos contatos de sada, os quais permanecem neste estado at
que a alimentao seja interrompida.
Na figura a baixo temos a representao do temporizador com os contatos disponveis do rel
de tempo do tipo RTW-RE-1E da Weg.
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Exerccio proposto 2.3: Projete um comando para a reverso do sentido de rotao de um
motor de induo trifsico. O comando deve permitir acionar o motor para a direita ou
esquerda, porm, ao desligar o motor deve ser previsto uma temporizao de intertravamento
que s permitir ligar novamente o motor aps transcorrido o tempo ajustado no
temporizador. Isto para garantir a parada do motor, antes de outro acionamento. Use o
mesmo temporizador do exerccio anterior.
2.3. PARTIDA COMPENSADA
Essa chave de partida alimenta as bobinas do motor com tenso reduzida na partida. A
reduo da tenso feita por meio de um autotransformador em srie com as bobinas. Aps
realizada a partida, as bobinas do motor recebem tenso nominal. Na maior parte dos casos a
chave de partida compensadora composta dos seguintes equipamentos:
Um autotransformador ligado em y
Trs contatores
Um rel de sobrecarga
Trs fusveis retardados
Um rel de tempo
Pode-se optar por colocar um disjuntor motor em vez de rel de sobrecarga e fusveis
retardados, porm nossos exemplos sero todos com rel de sobrecarga e fusveis.
2.3.1. AUTOTRANSFORMADOR DE PARTIDA
O autotransformador de partida possui um ncleo magntico plano, formado por trs colunas
de chapa de ao silcio fechadas no topo. Trs enrolamentos esto localizados nas colunas. Os
terminais inferiores desses enrolamentos so conectados em estrela, formando um centro que
suspenso. Ao longo do enrolamento do autotransformador so feitos TAPS operacionais nas
alturas das tenses de 50%, 65% e 80% da tenso aplicada na fase. So colocados sensores
(sondas trmicas) que acompanham o crescimento da temperatura dos enrolamentos do
autotransformador e impedem o acionamento se a temperatura atingir determinado valor.
Desta forma, o conjugado motor da mquina acionada e a corrente que circula no
enrolamento do motor ficam reduzidos por fatores correspondentes ao TAP escolhido para a
operao. A corrente ao longo de todo o processo de partida do motor fica reduzida em
funo da aplicao de uma tenso menor do que a nominal nos terminais do motor em
processo de partida.
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Como conseqncia direta deste fato, o conjugado tambm se reduz e a curva caracterstica
de conjugado X rotao tem um valor inferior curva caracterstica de a plena tenso. Este
novo posicionamento da curva caracterstica depende do TAP escolhido no
autotransformador.
Essa partida usada geralmente para motores acima de 15 cv. A partida feita em trs etapas:
i. O autotransformador ligado primeiramente em estrela e em seguida o motor ligado
rede por intermdio de uma parte dos enrolamentos do autotransformador. A partida
feita com uma tenso reduzida em funo da relao de transformao. O
autotransformador possui derivaes que permitem escolher a relao de transformao e
a tenso reduzida mais apropriada.
ii. Na segunda etapa, antes de passar tenso plena, a ligao em estrela aberta. Esta
operao realizada quando se atinge a velocidade de equilbrio no final do primeiro
perodo.
iii. A ligao plena tenso aps a segunda etapa, em que o autotransformador desligado
do circuito. A corrente e o conjugado de partida variam nas mesmas propores obtendo-
se a seguinte faixa de ajuste: R^_`ab^ 1,7 c 4 defe c ghiieje hklcm
Figura 2.8: Autotransformador trifsico com os seus TAPS.
Na figura 2.9 temos um grfico que ilustra o comportamento da corrente de partida da chave
compensadora com relao partida direta. Com relao ao conjugado, teremos uma partida
de 50% a 85% do conjugado nominal, dependendo do TAP a ser escolhido, tambm ilustrado
na figura 2.9.
Assim temos a reduo da tenso aplicada no motor, de acordo com a derivao do
autotransformador (TAP) no qual est ligado:
TAP 65%: reduz para 42% o valor da partida direta
TAP 80%: reduz para 64% o valor da partida direta
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A chave de partida compensadora pode ser usada para partir motores sob carga, os quais
podem ser de tenso nica e possurem apenas trs cabos.
Figura 2.9: Conjugado e corrente de partida na chave compensadora.
2.3.2. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE COMPENSADORA
Figura 2.10: Diagrama de fora e comando de uma chave compensadora.
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Pressionando o boto SH1, acionado o contator K3, que fecha o lado secundrio do
autotransformador e atravs de seu contato NA-13/14 energiza a bobina do contator K2,
conectando o autotransformador rede. K2 fica selado pelo seu contato NA-13/14 (este
mesmo contato tambm serve para selar K3 observe que o NA-13/14 de K3 fica fechado).
Com K3 e K2 fechados nesta sequncia, o motor parte com tenso reduzida.
O contato NA-43/42 de K2 energiza o rel de tempo KT1. Aps transcorrido o tempo
programado em KT1, o contato NF-15/16 de KT1 comuta e K3 desenergizado. Ento
fechado o contato NF-21/22 de K3 e atravs do contato NA-13/14 de K2 energizado a bobina
de K1.
Com a energizao de K1, seu contato NF-21/22 abre, desenergizando K2 e o contator K1 se
mantm acionado pelo seu contato NA-13/14. Com isso, o motor passa a receber a tenso
plena da rede.
Para desligar o comando, basta pressionar a botoeira NF SH0. O rompimento do fusvel de
comando F21 ou a atuao do rel de sobrecarga (rel FT1 contato NF-95/96) ou a atuao da
proteo contra alta temperatura no enrolamento do autotrafo (o termistor T1 X1/X2)
provocam o desligamento do motor, somente possibilitando a nova partida aps restabelecido
estes dispositivos de proteo.
2.3.3. EQUACIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA COMPENSADORA
2.3.3.1. CONJUGADO DE PARTIDA DA CHAVE COMPENSADORA
Como utilizado um autotransformador para a partida do motor, devemos levar em conta as
equaes que relacionam as suas tenses e correntes.
39n8o:op9n8o:o
3o:opo:o o o o 89;ot :9 n8ot8uot
A9n8o:o ( p9n8o:o Ao:o ( po:o U A9n8o:o Ao:o ( o
Figura 2.11: Autotransformador e suas correntes.
J vimos que o torque dado pela equao:
0 2 ( 3 Sendo:
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4: Torque do motor; 5: Constante do motor e 6: Tenso do motor O torque de partida nominal pode ser escrito da seguinte forma: 0v 2v ( 3
Como: 3o:o39n8o:o o o conjugado com a adio da chave compensadora ser: 0vw 2vw ( 3o:o
Assim: 0vw 2vw o ( 39n8o:o Como a tenso de entrada do autotransformador a prpria tenso da fonte de alimentao,
teremos:
0vw 2vw o ( 3 U 0vw o ( 2vw 3 U 0vw o0v A equao mostra que o conjugado compensado o produto do conjugado nominal (obtido
com a aplicao da tenso nominal do motor) pela relao do nmero de espiras ao quadrado.
Assim, se for aplicado uma relao de transformao de 0,5, o conjugado fica reduzido a 25%
do conjugado nominal. No quadro abaixo temos a representao da relao entre os
conjugados dos TAPS comercialmente mais encontrados:
Tabela 2.1: Conjugados de acordo com os TAPS de autotransformadores comerciais.
fundamental conhecer o conjugado resistente imposto pela carga no processo de partida
para escolher o TAP que ser utilizado, pois como foi visto a reduo do conjugado de partida
muito grande e o motor pode no ter conjugado suficiente para vencer o conjugado
resistente da carga e no partir.
2.3.3.2. DETERMINAO DAS CORRENTES DA CHAVE COMPENSADORA
Para determinarmos as correntes no circuito da chave compensadora, primeiramente vamos
considerar o diagrama unifilar do circuito de fora abaixo.
Figura 2.12: Diagrama unifilar do circuito de fora
de uma chave compensadora.
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No contator K1 temos a corrente nominal aplicada:
A2 A Como a impedncia do motor constante, sendo aplicado corrente e tenso nominal tem-
se: D EA Desta forma, quando aplicarmos a tenso reduzida, temos: D 2(EA
Como a impedncia constante: EA
2(EA Como a potncia no primrio a mesma que a do
secundrio pode escrever a seguinte equao:
E ( A xc jeh yilkilc c jeh hklcm Av8 A z mh{h: v8 Ev8 ( Av8 As equaes do secundrio so as seguintes:
E ( A; E 2 ( E; A 2 ( A Fazendo a igualdade das potncias do primrio e secundrio:
v8 Ev8 ( Av8 | E ( A 2 ( E ( 2 ( A E ( A} | A} 2 ( A Ento a corrente no contator K2 dada por: A} 2 ( A Clculo da corrente no contator K3:
A A} ~ A}= | A}= A A} A}= A 2 ( A | A}= 2 ( A 2 ( A A}= A2 2
A corrente no rel de sobrecarga FT1 a mesma que no contator K1, pois o rel est ligado
abaixo deste contator e a corrente que circula nele a mesma do contator K1. Com isso temos
todas as correntes do circuito.
A} A; A} 2 ( A; A}= Ax2 2z; 9 AG0 A2 A tabela 2.2 mostra os valores das correntes nos contatores K2 e K3 para os seguintes TAPS
dos autotransformadores:
Tabela 2.2: Corrente nos contatores K2 e K3 a partir das relaes de TAPs do autotrafo.
A reduo da corrente de partida proporcional ao quadrado do fator de reduo K.
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2.3.4. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE COMPENSADORA
Dimensionar uma chave de partida compensadora para um motor de 30 cv, oito plos, 220
V/60 Hz, com tenso de comando de 220 V, TAP de 80% e tempo de partida
4R 15 e{h. Dados de placa do motor:
J K 77,1 %; R 8; R 617 %
a. Dimensionamento do contator K1: 77,1 % b. Dimensionamento do contator K2: 5 ( 0,8 ( 77,1 49,3 %
c. Dimensionamento do contator K3: H 5 5 H 77,10,8 0,8 H 12,3 %
d. Dimensionamento do rel de sobrecarga: ./ ./ 77,1 % Deve ser escolhido um rel que tenha a faixa de ajuste dentro da corrente nominal do motor.
e. Dimensionamento dos fusveis: A corrente de partida se reduz pelo fator 5, e como estamos considerando K=0,8, temos 5 0,64
Assim: R^_`ab^ 617 ( 0,64 R^_`ab^ 394,9 % e considerando o tempo de partida 15 s. No esboo da curva do fusvel, temos:
Figura 2.13: Esboo da curva do fusvel.
O fusvel escolhido ser o de 125 A.
; 5 ( ; H 5 5; e ./ 2.3.5. VANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA
Na comutao do TAP de partida para a tenso da rede, o motor no desligado e o
segundo pico bem menor.
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Para que o motor possa partir satisfatoriamente, possvel variar o TAP de 65%, 80% ou
at 90% da tenso da rede.
O valor da tenso da rede pode ser igual ao valor da tenso da ligao tringulo ou estrela
do motor.
O motor somente necessita de trs bornes externos.
2.3.6. DESVANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA
Limitao de manobras.
Custo mais elevado em funo do autotransformador.
Maior espao ocupado no painel devido o tamanho do autotransformador.
EXERCCIO PROPOSTO 2.4: Projete o comando de uma chave compensadora e utilize o mesmo
circuito de fora da figura 2.10, porm, utilize um rel de tempo tipo RTW-RD da Weg. Este
rel do tipo retardo na desenergizao, ou seja, aps a energizao do rel, os contatos de
sada comutam instantaneamente. Quando se retira a tenso do rel, os contatos retornam
posio original depois de transcorrido o tempo programado no rel.
EXRCCIO PROPOSTO 2.5: Projete uma chave compensadora que utiliza um autotransformador
para partir 2 motores. Veja bem, voc ter um autotransformador a poder partir qualquer
dos motores (M2 e M2) desde que no seja simultaneamente. No esquece de colocar no
sistema de comando o termistor em srie para proteo do autotrafo por sobreaquecimento.
3. PARTIDA ELETRNICA (SOFT STARTER)
Com o advento da eletrnica de potncia, torna-se cada vez mais econmico e prtico o uso de
chaves eletrnicas de partida de motores. As chaves de partida soft-starter so destinadas ao
comando de motores, assegurando a acelerao e desacelerao progressivas e permitindo
uma adaptao da velocidade s condies de operao.
A alimentao do motor, quando colocado em funcionamento, feito por aumento
progressivo de tenso, o que permite uma partida sem golpes e reduz o pico de corrente. Isso
obtido por meio de um conversor com tiristores antiparalelo, montados de dois a dois em
cada fase da rede.
A subida progressiva de tenso pode ser controlada pela rampa de acelerao ou dependente
da corrente de limitao, ou ligada a estes dois parmetros. Assim a soft-starter assegura:
O controle das caractersticas de funcionamento, principalmente durante os perodos de
partida e parada;
A proteo trmica do motor e do controlador;
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A proteo mecnica da mquina acionada por supresso dos golpes e reduo da
corrente de partida.
Utilizando a partida direta, os motores de induo apresentam surtos de corrente e conjugado
indesejveis. Para minimizar tais surtos, usamos as partidas estrela-tringulo e compensadora.
De fato estas tcnicas conseguem uma reduo na corrente de partida, porm a comutao
por degraus de tenso. Entretanto nenhuma delas se compara com a partida suave. A figura a
baixo permite comparar as curvas de comportamento da corrente de partida para as tcnicas
mais usais:
Figura 3.1: Comparativo entre as tcnicas de partida.
3.1. FUNCIONAMENTO DA SOFT-STARTERS
O funcionamento de soft-starters est baseado na utilizao de tiristores, ou melhor, de uma
fonte tiristorizada, na configurao antiparalela, que comandada por uma placa de controle
eletrnica, a fim de ajustar a tenso de sada, conforme programao feita pelo usurio. Veja
na figura 3.2 o diagrama simplificado de uma soft-starter. A soft-starter controla a tenso da
rede, por meio do circuito de potncia constitudo por seis tiristores, variando-se o ngulo de
disparo dos tiristores, variamos a valor da tenso eficaz aplicada ao motor.
Vamos analisar o circuito de potncia e o circuito de controle da chave soft-starter.
Figura 3.2: Diagrama de blocos simplificado de uma soft-starter.
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3.1.1. CIRCUITO DE POTNCIA
Este circuito formado por tiristores, onde circula a corrente de carga para o motor, as
protees e por sensores (geralmente TC).
O circuito RC (snubber) representado no sistema a cima, tem como funo a proteo dos
tiristores devido a variao de tenso . O TC fornece informaes para a proteo e manuteno do controle de corrente em
valores pr-definidos.
3.1.2. CIRCUITO DE CONTROLE
o bloco responsvel pelo comando, proteo e sinalizao do circuito de potncia, bem
como os circuitos utilizados para comando, sinalizao e interface homem/mquina (IHM), que
so configurados pelo usurio em funo da aplicao.
3.2. PRINCIPAIS FUNES DA SOFT-STARTER
As chaves soft-starter so, hoje totalmente digitais e permitem programao pelo usurio, de
acordo com a aplicao desejada. Os tiristores so comandados por um microprocessador,
com as seguintes funes bsicas:
Controle das rampas de acelerao e desacelerao;
Limitao de corrente ajustvel;
Conjugado na partida;
Frenagem por injeo de corrente contnua;
Proteo dos acionamentos por sobrecarga;
Proteo do motor por sobrecarga ou partidas demasiadamente freqentes;
Deteco de desequilbrio falta de fase ou falha nos tiristores;
Vamos descrever estas funes bsicas, porm convm ressaltar que cada fabricante muitas
funes em seus produtos os quais denominamos parmetros de programao.
3.2.1. RAMPA DE TENSO NA ACELERAO
Ao configurar este parmetro, o usurio determina que a partida do motor seja controlada por
uma rampa de tenso inicial 6R (a qual deve garantir o torque de partida) sendo acelerado at 100% da tenso da rede de alimentao, dentro do intervalo de tempo 4 tambm configurvel.
Levando em conta que o conjugado proporcional ao quadrado da tenso e que a corrente
cresce linearmente, podemos controlar o conjugado de partida do motor, assim como a sua
corrente de partida em funo do controle da tenso eficaz aplicada aos seus terminais.
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Figura 3.3: Representao da rampa de acelerao e da tenso aplicado ao motor durante a
rampa e aps a acelerao durante o tempo de partida setado.
Figura 3.4: Curvas caractersticas durante a rampa de acelerao do motor.
O valor da tenso de partida 6R deve ser ajustado de acordo com o tipo de carga acionada. Vejamos dois exemplos:
a. BOMBAS
Para esta aplicao, o valor da tenso de partida no deve receber um valor elevado, a fim de
evitar golpes de arete, que se traduz pela onda de presso da coluna de lquido durante os
processos de partida/parada. Concomitantemente a tenso no pode se setada com valor
muita baixo, sob pena de falta de torque para acelerar, por isso o conjugado do motor deve ser
no mnimo superior a 15% do conjugado resistente.
b. VENTILADORES
Assim como as bombas, o valor de ajuste da tenso de partida deve ser baixo o suficiente para
garantir torque suficiente. O ajuste do tempo de partida no deve ser muito curto. Pode-se
usar a limitao de corrente de partida para entender o tempo de partida, enquanto a inrcia
do sistema superada. O conjugado de partida do motor deve estar no mnimo a 15% superior
ao conjugado do ventilador.
3.2.2. RAMPA DE TENSO NA DESACELERAO
Existem duas possibilidades para que seja executada a parada do motor: por inrcia, em que a
soft-starter leva instantaneamente a tenso de sada a zero, assim o motor vai perdendo
gradativamente velocidade de acordo com a energia cintica da carga.
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Da mesma maneira que a soft-starter permite a partida suave do motor, tambm possibilita a
parada suave. Na parada controlada, a soft-starter reduz gradativamente a tenso dentro de
um tempo predefinido.
Na rampa de desacelerao, o valor da tenso 6 reduz o seu valor na forma de uma rampa decrescente at o valor de desligamento final, em que o motor pra de girar, retirando a
tenso dos seus terminais. O tempo de desligamento pode ser configurado, de acordo com o
range permitido por cada fabricante, assim com a tenso de desligamento 6.
Figura 3.5: Rampa de tenso de desacelerao.
Figura 3.6: Forma da onda da tenso na rampa de desacelerao.
3.2.3. PULSO DE TENSO DE PARTIDA (KICK START)
Esta funo aplicada em cargas de elevada inrcia de partida, onde se exige um esforo extra
do acionamento, em funo do alto conjugado resistente.
Ento, neste caso, aplicada uma tenso inicial maior do que a definida na rampa de
acelerao. um pulso de tenso com amplitude e durao programveis.
Esta aplicao de rampa de tenso muito til em situaes onde se necessite de uma parada
suave do ponto de vista mecnico. Principalmente em bombas centrfugas, onde precisa
minimizar os golpes de arete.
Figura 3.7: Representao da funo kick start.
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Deve-se habilitar este parmetro somente onde ele seja estritamente necessrio pois ao
habilit-lo via de regra a funo limitao de corrente ser desabilitada durante a durao do
pulso de kick start.
3.2.4. LIMITAO DE CORRENTE
Na maioria dos casos em que a carga apresenta uma inrcia elevada, utilizada esta funo,
que faz com que o sistema rede e soft-starter forneam ao motor somente a corrente que seja
necessria para a acelerao da carga. Este recurso garante um acionamento realmente suave.
A limitao de corrente tambm muito utilizada na partida de motores cuja carga apresenta
um valor mais elevado de momento de inrcia.
3.3. PROTEES
Alm da partida e parada de motores de induo, a soft-starter executa a funo de proteo
do motor, emitindo um alarme quando da atuao de uma proteo, permitindo que o usurio
verifique o erro ocorrido. Podemos encontrar algumas funes, tais como:
Sobrecorrente imediata na sada: Ajusta o mximo valor de corrente que a soft-starter
pode conduzir para o motor, por um tempo predeterminado.
Figura 3.8: Sobrecorrente imediata.
Subcorrente imediata: Ajusta o mnimo de corrente que a soft-starter pode conduzir para
o motor, por um tempo predeterminado. Esta funo serve para aplicaes onde o sistema
de acionamento no pode trabalhar a vazio, como por exemplo, sistemas de
bombeamento.
Figura 3.9: Subcorrente imediata.
Outros parmetros: Alm dos parmetros j citados, a soft-starter possui vrias protees,
dependendo do fabricante do equipamento, como por exemplo: sobretemperatura nos
tiristores, sequncia de fase invertida, falta de fase na rede, falta de fase no motor.
Econmia de energia eltrica: Quando o motor opera com carga reduzida,
conseqentemente com baixo fator de potncia. A soft-starter tem uma funo que
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aperfeioa o ponto operacional do motor, minimizando as perdas de energia reativa,
fornecendo apenas a energia ativa requerida pela carga, o que caracteriza um
procedimento de economia de energia eltrica. A funo de economia de energia eltrica
utilizada com vantagens em aplicaes onde o motor permanece funcionando a vazio
por um longo perodo de tempo. Isto feito reduzindo-se a tenso aplicada aos terminais
do motor durante o tempo em que o mesmo permanece operando com baixo corrente de
carga ou a vazio. Reduzindo a tenso, reduz-se a corrente a vazio, e conseqentemente as
perdas no ferro que so proporcionais ao quadrado da tenso.
Na prtica, a funo de otimizao de energia s faz sentido ao ser ativada quando a carga
for menor que 50% da carga nominal durante um perodo de operao superior a 50% do
tempo de operao do motor
Figura 3.10: Forma de onda durante a funo economia de energia.
3.4. DESCRIO DOS PARMETROS
Os parmetros so agrupados de acordo com suas caractersticas e particularidades, conforme
apresentados em seguida.
PARMETROS DE LEITURA: Variveis que podem ser visualizadas no display, mais no podem
ser alteradas pelo usurio, como por exemplo: tenso, corrente, potncia ativa.
PARMETROS DE REGULAO: So os valores ajustveis a serem utilizados pelas funes da
soft-starter, como por exemplo: tenso inicial, tempo de rampa de acelerao, tempo de
rampa de desacelerao.
PARMETROS DE CONFIGURAO: Definem as caractersticas da soft-starter, as funes a
serem executadas, bem como as entradas e sadas, como por exemplo: parmetros dos rels
de sada e das entradas da soft-starter.
PARMETROS DO MOTOR: Define as caractersticas nominais do motor, como por exemplo:
ajuste da corrente do motor.
PARMETROS DEFAULT: So as configuraes originais de fbrica, configurados para atender
o maior nmero de aplicaes na tentativa de reduzir a programao por parte do usurio.
3.5. FORMAS DE LIGAO
Existem vrias formas de ligar a soft-starter, as quais esto elencadas a seguir:
3.5.1. LIGAO DIRETA
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Nesse tipo de ligao, o motor ligado diretamente soft-starter. Dependendo do modelo da
soft-starter, pode ser ligada diretamente, ou com auxlio de contatores, fusveis e rels de
sobrecorrente, como indicado na figura 2.16 a abaixo.
Figura 3.11: Ligao direta da soft-starter.
3.5.2. LIGAO COM CONTATOR EM PARALELO (CONTATOR DE BY PASS)
Essa ligao feita para diminuir as perdas na soft-starter quando o motor est em regime
normal de trabalho. Para tanto utilizado um contator em paralelo quando o motor estiver
em regime normal de trabalho. Veja a figura a baixo.
Figura 3.12: Ligao de contator de by-pass.
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3.5.3. LIGAO EM PARTIDA SEQUENCIAL DE DIVERSOS MOTORES
Podem ser ligados diversos motores com a mesma soft-starter, reduzindo os custos das
partidas. Para tanto, partido um motor, e aps ser concluda a sua partida, esse motor
alimentado com a tenso da rede, e a soft-starter fica liberada para fazer a partida de outro
motor.
Figura 3.13: Partida seqencial de motores.
Para a partida seqencial recomenda-se o uso de motores da mesma potncia e caractersticas
de carga, assim pode ser utilizado o mesmo ajuste para todos os motores. Se forem utilizados
motores com potncias ou cargas diferentes, devem ser ajustados os parmetros de cada
motor em separado, via entrada digital ou via rede.
3.5.4. LIGAO SIMULTNEA DE DIVERSOS MOTORES
Para efetuar esta ligao, a capacidade da soft-starter deve ser maior ou igual soma das
potncias de todos os motores.
Figura 3.14: Ligao simultnea de motores com soft-starter.
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3.5.5. DIAGRAMA DE COMANDO DA SOFT-STARTER
A soft-starter possui um determinado nmero de entradas e sadas digitais e analgicas. As
sadas podem ser parametrizadas para comando: ligar e desligar a soft-starter etc; sinalizao:
alarme, sobrecorrentes, falta de alimentao etc; controle: indicao de final de rampa etc. As
tenses de operao desses rels e sadas digitais podem ser 110 VCA a 240 VCA a 24 VDC,
dependendo do fabricante.
Figura 3.15: Diagrama de comando de uma soft-starter.
4. INVERSORES DE FREQUNCIA NO ACIONAMENTO DE MOTORES
4.1. INTRODUO AO INVERSOR DE FREQUNCIA
H alguns anos, para se ter um controle preciso de velocidade era utilizado motores de
corrente contnua. Entretanto isto acarretava diversos problemas, como custo do motor e
necessidade de retificao da tenso de alimentao. Atualmente podemos utilizar um
dispositivo eletrnico denominado inversor de freqncia, para o controle de velocidade de
motores de induo, mais baratos que os de corrente contnua, ficando o uso de motores CC
para situaes especficas.
O mtodo mais eficiente para o controle de velocidade de motores de induo trifsicos, com
menores perdas no dispositivo responsvel pelo controle de velocidade, consiste na variao
de freqncia f1 da fonte alimentadora atravs de conversores de freqncia, em que o motor
pode ser controlado de modo a prover um ajuste contnuo de velocidade e conjugado com
relao carga mecnica.
Os motores de induo so equivalentes a um transformador em que o primrio o estator e
o secundrio o rotor. Pelo equacionamento da mquina assncrona, o conjugado
desenvolvido pelo motor assncrono dado pela seguinte equao:
u. A E a tenso aplicada na bobina de um estator dada por:
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, pu Sendo:
C conjugado do motor (N.m)
* fluxo de magnetizao (Wb) I2 corrente no rotor (A)
E2 tenso no estator (V)
f1 freqncia na rede
N1 nmero de espiras no estator
O fluxo alternado 1, resultante da tenso no estator U1 , induz no rotor uma f.e.m. a qual
produz um fluxo 2 proporcional tenso U2 e inversamente proporcional frequncia.
Portanto temos:
u E
Para possibilitar a operao do motor com torque constante para diferentes velocidades,
deve-se fazer variar a tenso E proporcionalmente com a variao da frequncia , mantendo desta forma, o fluxo constante.
4.2. FUNCIONAMENTO DO INVERSOR DE FREQUNCIA
Os inversores utilizam a converso CA/CC e, por fim, em CA novamente. Os inversores podem
ser classificados pela sua topologia, que dividida em trs partes: retificao de entrada,
controle do circuito intermedirio e sada.
Figura 4.1: Circuito de um conversor de frequncia.
RETIFICADOR: Na rede de entrada, a frequncia fixa em 60 Hz, sendo transformada em CC. O
filtro transforma esta CC com o valor aproximadamente em 3 389:9. CONTROLE DE CHAVEAMENTO: Na figura a cima tem o esquema simplificado de um inversor
de frequncia (conversor). A tenso de entrada (j em CC) conectada aos terminais de sada
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pelos transistores T1 a T6, que funcionam no corte ou saturao, como uma chave esttica. O
controle desses circuitos executado pelo controle de chaveamento, de forma a obter um
sistema de tenso CA, onde as fases esto 120 defasadas.
Devem ser escolhidas a tenso e a frequncia que permitam que seja proporcional frequncia mantendo assim, o fluxo e o torque sejam constantes. INVERSOR: O circuito de controle fornece pulsos para as bases dos transistores (circuito
inversor), que atuando sobre a tava de chaveamento, varia a frequncia do CA de sada, bem
como o nvel de tenso CA.
A tenso de sada varia segundo o mtodo de modulao utilizado, sedo o PWM (pulse width
modulation) o mais utilizado em inversores de frequncia. Este mtodo fornece uma corrente
senoidal ao motor para uma frequncia na faixa de modulao de 2 KHz
Figura 4.2: Modulao por PWM.
Desta forma, possvel variar a velocidade do motor de induo. A forma de controle pode ser
vetorial ou escalar. A escalar a mais utilizada, sendo dada por uma relao direta entre a
tenso e a frequncia.
Figura 4.3: Grfico da tenso e x frequncia e a regio de enfraquecimento de campo.
Mantendo-se a tenso, possvel elevar frequncia alm da nominal, porm, ocorre o
enfraquecimento do campo, com conseqente queda do conjugado motor.
Deve-se atentar para operaes abaixo de 50% da velocidade nominal, pois os motores de
induo so autoventilados, e neste caso, o fluxo de ar pela carcaa ser ineficiente e a
potncia fornecida pelo motor deve ser reduzida.
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Nos motores de induo trifsicos com ventilao independente, a troca de calor independe
da velocidade do eixo, podendo utilizar at 90% do conjugado nominal do motor a partir de 10
Hz.
4.3. TIPOS DE INVERSORES DE FREQUNCIA
O que diferencia a arquitetura e funcionamento dos inversores so as variaes que ocorrem
no circuito de controle. Basicamente h dois tipos de inversores.
4.3.1. INVERSOR ESCALAR
Este inversor somente pode ser usado em aplicaes onde somente exigido o controle de
velocidade sem o controle do torque desenvolvido e sem conhecimento da dinmica de
controle. So sistemas que imprimem certo erro de velocidade que, dada a aplicao, pode ser
facilmente assimilado pelo sistema controlado. Os motores acionados por esta famlia de
inversores tm ou devem atender a exigncias normais e o controle feito por malha aberta
(sem realimentao), isto , no existe geralmente um tacogerador instalado no eixo do motor
para realimentar o sistema de controle do inversor.
4.3.2. INVERSOR VETORIAL
O avano das tcnicas de controle permitiu que as novas estruturas de comando geradas
pudessem atender s sofisticas solicitaes de controle de velocidade com respostas rpidas e
de alta preciso.
As mquinas de corrente contnua com sistema de controle de malha fechada j atendiam a
estas solicitaes e, no acionamento em potncia, tinham total hegemonia. Com os avanos
tericos das tcnicas vetoriais de controle, em que a avaliao das variveis internas do motor,
num processo dinmico, efetuada e passada ao sistema de controle do inversor, a regulao
da mquina de induo trifsica tornou-se mais precisa e mais prxima da obtida com
maquinas de corrente contnua.
A corrente de armadura do motor, menos as perdas no ferro, pode ser analisada como
formada por duas parcelas distintas: aquela que responsvel pela magnetizao da mquina
e, conseqentemente, pelo fluxo magntico que atravessa o entreferro da mquina e, aquela
outra parcela do ramo de fora do circuito.
Portanto, tendo o conhecimento dessas grandezas, tem-se conhecimento dos fluxos de
energia que a mquina necessita, por meio da anlise da corrente da armadura. O sinal vido do
eixo do motor, coletado por um tacogerador de pulso, fornece uma malha fechada de
controle, o que possibilita:
Alto desempenho dinmico
Operao suave no intervalo de velocidades especificadas para o inversor (conversor)
Pequenas oscilaes no conjugado do motor, quando ocorrem variaes na carga
Grande preciso de velocidade
A maioria dos inversores utilizados do tipo escalar, como j foi dito. S utilizaremos o tipo
vetorial em duas ocasies:
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Extrema preciso de rotao
Torque elevado para baixas rotaes ou a zero rpm (guindastes, pontes rolantes,
elevadores, etc.)
4.4. BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR
Figura 4.4: Blocos componentes do inversor de frequncia.
4.4.1. BLOCO CPU
A CPU pode ser formada por um microcontrolador ou microprocessador. Isto depende apenas
do fabricante. De qualquer forma, neste bloco que todos os parmetros e dados do sistema
esto armazenados, visto que tambm uma memria esta integrada a esse conjunto. A CPU
no apenas armazena as informaes relativas ao sistema (equipamento), como tambm
executa a funo mais vital para o inversor funcionar, qual seja, a gerao de pulsos para a
base transistores de sada, por meio de uma lgica de controle.
4.4.2. BLOCO IHM
Figura 4.5: A IHM do inversor de frequncia da Weg.
A IHM a interface homem/mquina. atravs deste dispositivo que podemos visualizar o
que est ocorrendo no inversor (display) e parametriz-lo de acordo com a aplicao (teclas).
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4.4.3. BLOCO INTERFACES
A maioria dos inversores podem ser comandados por dois tipos de sinais: analgicos ou
digitais. Normalmente quando queremos controlar a velocidade de rotao de um motor de
induo no inversor, utilizamos uma tenso analgica de comando. Essa tenso situa-se entre
0 a 10 volts CC. A velocidade de rotao proporcional ao seu valor.
Para inverter o sentido de rotao, basta inverter a polaridade do sinal analgico (de 0 a 10
VCC, sentido horrio e -10 a 0 VCC, sentido anti-horrio). Este um sistema muito utilizado em
mquinas e ferramentas automticas.
Alm da interface analgica, o inversor possui entradas digitais. Com um parmetro de
programao podemos selecionar a entrada vlida (analgica ou digital).
4.4.4. BLOCO ETAPA DE POTNCIA
A etapa de potncia constituda por um circuito retificador, que alimenta (atravs de um
circuito intermedirio chamado barramento CC) o circuito de sada inversor (mdulo IGBT).
4.5. SISTEMA DE ENTRADA DE DADOS E SADA DE DADOS
O sistema de sada e entrada de dados composto por dispositivos responsveis pela
interligao entre o homem e a mquina. So dispositivos por onde o homem pode introduzir
informaes na mquina ou por onde a mquina pode enviar informaes ao homem. Para os
inversores podemos citar os seguintes dispositivos:
Interface homem/mquina
Entradas e sadas analgicas
Entradas e sadas digitais
4.6. FORMAS DE VARIAO DE VELOCIDADE EM UM INVERSOR DE FREQUNCIA
A principal funo de inversor de frequncia a variao de velocidade do motor eltrico.
Existem algumas formas de promover esta variao de velocidade. Vejamos algumas:
4.6.1. ACIONAMENTO PELA IHM
Figura 3.6: Ligao de um inversor a um motor eltrico trifsico.
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Uma das formas de se realizar o controle de velocidade de um inversor de frequncia o
acionamento pelas teclas da IHM. Para tal, deve se colocar o inversor em modo local, e pelo
teclado, pode-se decrementar e incrementar a velocidade do motor localmente, bem como
inverter o sentido de giro do motor.
4.6.2. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS DIGITAIS
Em uma aplicao industrial, torna-se invivel o acionamento de um inversor localmente
direto nas teclas de sua IHM. Assim, a grande maioria de aplicaes com inversores de
frequncia realizada por meio de comandos remotos. Para isso, deve-se colocar o inversor
em modo de acionamento remoto e, por meio de botes externos, acionar ou desativar o
motor e ainda, inverter o seu sentido de giro.
4.6.3. ACIONAMENTO PELA FUNO MULTISPEED
O multispeed utilizado quando se deseja at oito velocidades fixas pr-programadas. Permite
o controle da velocidade de sada relacionando os valores definidos por parmetros, conforme
combinao lgica das entradas digitais programadas para multispeed.
Para a ativao da funo multispeed, primeiramente preciso fazer com que a fonte de
referncia seja dada pela funo multispeed, colocar o inversor em modo remoto e programar
uma ou mais entradas para multispeed, conforme a tabela a baixo.
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Figura 3.7: Tabela de parmetros e grfico de velocidade da funo multispeed do inversor
CFW 08 da Weg.
4.6.4. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS ANALGICAS
Em muitas aplicaes industriais, deseja-se um controle de velocidade desde 0% at 100%.
Como vimos anteriormente, esse controle no possvel se utilizarmos entradas digitais. Para
efetuarmos esse tipo de controle, pode-se trabalhar com entradas analgicas do inversor por
meio de sinais tenso (0 a 10 volts) ou sinais de corrente (4 a 30 mA). Esse acionamento pode
ser realizado de duas maneiras:
4.6.5. PELO POTENCIMETRO
O inversor de frequncia possui em seus bornes uma fonte de 10 VCC, assim, pode-se conectar
um potencimetro na configurao de divisor de tenso para aplicar uma tenso varivel de 0
a 10 VCC.
4.6.6. PELA FONTE DE TENSO OU CORRENTE EXTERNAS
Esse tipo de configurao um dos mais utilizados quando se quer controlar a velocidade do
inversor remotamente. O fornecimento de tenso ou corrente feito por um controlador
externo, como um controlador lgico programvel (CLP).
4.7. CONSIDERAES SOBRE O USO DE INVERSORES DE FREQUNCIA
Perda de potncia: O inversor no fornece uma forma de onda perfeitamente senoidal, o
que traz perdas ao motor na faixa de 15%.
Influncia sobre os capacitores: Os capacitores so afetados quando percorridos por
correntes de alta frequncia. Deve ser ter ateno para evitar que o motor seja submetido
sobretenses devido a essa influncia.
Sobretenses no isolamento: A comutao no inversor realizada em alta frequncia,
provocando elevados picos de tenso que afetam o isolamento das espiras entre fases e
entre fase e neutro.
Limite do comprimento do circuito do motor: Uma onda de tenso injetada no terminal
de fonte de circuito do motor, que tem uma determinada impedncia caracterstica, e
atinge o terminal de carga em que esto ligadas as bobinas, cuja a impedncia
caracterstica bem maior que a primeira, o que pode resultar no fenmeno da refrao e
reflexo da onda. Assim, o motor pode ser submetido elevao de tenso nos seus
bornes. A equao a seguir mostra o comprimento do cabo, em que podem surgir
anomalias danosas isolao do motor:
_ KO./O Sendo: 6RJ a velocidade de propagao da onda de tenso (150 k ) 4R Tempo de crescimento do pulso
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Figura 3.8: Comprimento crtico do cabo.
Distoro harmnica: Como a forma de onda no senoidal, h distoro harmnica,
tanto de tenso quanto de corrente, o que afetar o rendimento do motor. Portanto,
para manter a elevao de temperatura do motor dentro da sua classe de isolao,
necessrio reduzir o torque por meio de um fator apresentado na figura a baixo.
Figura 3.9: Fator de reduo de torque por distoro harmnica.
Para se obter o rendimento de um motor de induo, acionado por um inversor de frequncia,
deve-se utilizar a seguinte equao:
_ _`
1 ~ _` 1
Sendo:
_ rendimento do motor trabalhando com o inversor de frequncia rendimento do motor acionado por uma onda senoidal _` fator de reduo de torque por distoro harmnica 5. CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL
O primeiro controlador totalmente programvel foi desenvolvido em 1969 pela empresa de
engenharia Bedford Associates. Este primeiro CLP foi construdo atendendo a uma
especificao da General Motors em 1968.
A indstria automobilstica uma grande consumidora de rels eletromagnticos para
controlar os processos seriados de fabricao na sua linha de montagem. Nestas indstrias, a
cada mudana no processo de montagem, erra muito trabalhoso alterar a lgica baseada em
rels montados em painis eltricos, alm dos altos custos envolvidos.
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Surgi ento, a idia de se desenvolver um dispositivo de estado slido, com caractersticas de
um computador e que pudesse ser reprogramado conforme a mudana de lgica na linha de
produo sem a necessidade de alterao de hardware ou rels eletromagnticos.
Baseado ento, nas especificaes da General Motors, a Bedford Associates apresentou o
MODICON (Modular Digital Controller). O MODICON era um dispositivo que poderia funcionar
em varias operaes distintas e facilmente programvel. O primeiro CLP comercial foi o
MODICON 084.
Figura 5.1: MODICON 084 o primeiro CLP comercial.
Uma classificao histrica do CLP, em funo do sistema de programao utilizado:
1. Gerao: Caracterizavam-se pela programao dependente do hardware utilizado. Sendo o
Assembly a linguagem utilizada, esta linguagem depende do processador utilizado pelo
hardware. O programa era gravado em uma memria EPROM gravada em laboratrio durante
a construo do CLP.
2. Gerao: Aparecem as primeiras linguagens de programao no to dependentes do
hardware. Utilizavam terminais de programao para gravar nas EPROM o programa monitor
do usurio. Aps as EPROM serem programadas, eram colocadas no CLP.
3. Gerao: O CLP j tem uma porta de programao, onde um terminal de programao
pode ser conectado, sendo possvel apagar e regravar a memria do CLP. A estrutura fsica
tambm sofre alterao, seguindo a tendncia de se tornarem dispositivos modulares.
4. Gerao: O CLP passa a ter uma porta de comunicao serial, podendo ser programados
por microcomputadores. As vantagens eram poder ser utilizado varias linguagens de
programao e poder fazer simulaes e testes.
5 Gerao: Tendncia de padronizao dos protocolos de comunicao dos CLP, de modo que
os dispositivos possam todos utilizar o mesmo protocolo de comunicao independentemente
do modelo e fabricante do produto.
5.1. INTRODUO AO CLP
DEFINIO ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas): um equipamento digital com
hardware e software compatveis com aplicaes industriais.
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DEFINIO NEMA (National Eletrical Manufacturers Associatian): Aparelho eletrnico digital
que utiliza uma memria programvel para armazenamento interno de instrues para
implementaes especficas, tais como lgica, seqenciamento, temporizao, contagem
aritmtica, atravs de mdulos de entrada e sada, vrios tipos de mquinas ou processos.
Em outras palavras, o CLP um dispositivo de estado slido, microprocessado o qual possui
um firmware residente em memria ROM e um programa de usurio em memria RAM e que
permite ser alterado pelo prprio usurio.
O CLP capacitado com mdulos de entrada, onde so ligadas as variveis de entrada para
serem processadas pelo programa do usurio e apresentar sadas como respostas s variveis
de entrada. As sadas so conectadas ao mdulo de sada. Veja a figura a baixo, representado a
arquitetura bsica de um CLP.
Figura 5.2: Arquitetura bsica de um CLP.
5.1.1. DESCRIO DOS PRINCIPAIS ITENS
1. FONTE DE ALIMENTAO
A fonte de alimentao tem normalmente as seguintes funes bsicas:
Converter a tenso CA da rede eltrica (110 ou 220 volts) para as tenses de alimentao
dos circuitos eletrnicos do CLP;
Manter a carga na bateria que alimenta memrias do tipo RAM e os circuitos de clock que
utilizam sistemas de tempo real;
Fornecer tenso para os circuitos de entrada e sada, geralmente 12 ou 24 volts CC.
2. UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL - CPU
A CPU do CLP formada pelo microprocessador e seus circuitos de controle e comunicao. O
microprocessador o elemento principal da arquitetura do CLP, controlando os barramentos,
a comunicao com as memrias e os dispositivos de entrada e sada, executando o programa
do usurio.
O microprocessador pode ser de 8 ou 16 bits, dependendo da gerao do CLP. O
microprocessador, descrito de uma forma bsica, l as entradas, executa a lgica de controle
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segundo o programa do usurio escrito atravs de um software especfico e envia ou no
sinais para a sada.
3. BATERIA
As baterias so usadas no CLP para manter o circuito do relgio de tempo real, reter
parmetros ou programas em memrias do tipo RAM, mesmo no caso de falta de energia.
Normalmente so do tipo Ni Ca ou Li e possuem circuitos carregadores.
4. MEMRIA DO PROGRAMA OU MONITOR
O programa monitor (firmware do CLP) o responsvel pelo funcionamento geral do CLP.
gravado pelo fabricante em memrias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM e o usurio no
pode alter-lo. o sistema operacional do CLP.
5. MEMRIA DO USURIO
onde est armazenado o programa do usurio, apresentando a flexibilidade de programao
do CLP, j que o usurio pode alter-lo de acordo com suas especificaes. constituda por
memrias do tipo RAM, EEPROM e FLASH-EPROM, alm de ser tambm comum o uso de
cartes de memria.
6. MEMRIA DE DADOS
a regio de memria utilizada para armazenar os dados utilizados pelo programa do usurio.
Representam valores que sero consultados e alterados durante a execuo do programa do
usurio.
7. MEMRIA IMAGEM DAS ENTRADAS/SADAS
Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma alterao nas
sadas, armazenado em uma rea de memria denominada imagem das entradas ou sadas.
Podemos considerar como tabelas, onde a CPU ir consult-las para tomar decises durante o
processamento do programa do usurio.
8. CIRCUITOS AUXILIARES
So circuitos que vo atuar em caso de falhas no CLP, alguns deles so:
POWER ON RESET: No momento que o CLP ligado, este circuito desabilita as sadas, para
evitar que sejam enviados sinais indesejados de atuao para os dispositivos de sada. Quando
a CPU assume o comando do CLP, este circuito desligado.
POWER DOWN: Este circuito monitora a tenso de alimentao, se esta ficar abaixo de um
valor pr-determina, ele avisa o microcontrolador para que os contedos das memrias sejam
salvos em tempo hbil.
WATCH DOG TIMER: Caso ocorra uma falha durante o ciclo de processamento do programa, o
microprocessador pode travar, entrando em um loop infinito. Para evitar este erro, o circuito
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de watch dog timer deve ser acionado em intervalos pr-definidos, caso no o seja, o watch
dog timer sinaliza um erro.
9. MDULOS OU INTERFACES DE ENTRADA
So circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para o
microprocessador (CPU) do CLP. As entradas podem ser do tipo digital ou analgica.
ENTRADAS DIGITAIS: So aquelas que possuem apenas dois estados, ligado ou desligado.
Sendo oriundos de dispositivos tais como: botoeiras, chaves, sensores, termostatos,
pressostatos, chave bia, entre outros.
As entradas podem ser em corrente contnua ou alternada. Em qualquer dos tipos utilizados,
h uma isolao galvnica entre a entrada e a CPU. Exemplo de uma entrada digital em 24
VCC, geralmente no maior que 50 m para evitar interferncia no sinal.
Figura 5.3: Entrada digital em 24 VCC.
Figura 5.4: Entrada digital em 110 ou 220 VCA.
ENTRADAS ANALGICAS: A interface de entrada analgica permite que o CLP possa manipular
grandezas analgicas, enviadas normalmente por sensores eletrnicos. As grandezas so
normalmente oriundas de tenso ou corrente. As tenses esto geralmente na faixa de
operao de 0 a 10 VCC, 0 a 5 VCC, -5 a +5 VCC, -10 a +10 VCC (quando se permite entradas
positivas e negativas, chamamos de entradas diferenciais); no caso de corrente, normalmente
esto na faixa de 0 a 20 mA e 4 a 20 mA.
Como exemplo de dispositivos analgicos que normalmente encontramos no campo, citamos:
os sensores de presso manomtrica, sensores de presso mecnica (strain gauges utilizados
em clulas de carga), taco-geradores utilizados para a medio da rotao de eixos,
transmissores de temperatura, transmissores de umidade relativa do ar, entre outros.
A resoluo de uma entrada analgica medida em bits, ento quanto maior a resoluo,
melhor a representao da grandeza analgica.
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Figura 5.5: Exemplo de um circuito de entrada analgica.
10. MDULOS OU INTERFACE DE SADAS
Estes mdulos adquam os sinais eltricos vindos da CPU para atuar nos dispositivos que
controlam o processo automatizado. Tambm podem ser os sinais do tipo digital ou analgico.
SADAS DIGITAIS: Representadas por dois nveis: ligado ou desligado utilizados para controlar
dispositivos como: rels, contatores, rels de estado slido, solenides, vlvulas, entre outros.
Normalmente as sadas digitais podem ser de trs formas: sada digital rel, sada digital a 24
VCC e sada digital a triac. Tambm de praxe o isolamento galvnico entre os mdulos de
sada e a CPU.
Figura 5.6: Exemplo de sada digital a rel.
Figura 5.7: Exemplo de sada digital a transistor.
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Figura 5.8: Exemplo de sada digital a triac.
SADAS ANALGICAS: Convertem valores numricos em sinais proporcionais de tenso ou
corrente, para o acionamento de dispositivos atuadores, tais como: vlvulas proporcionais,
motores CC, servo-motores CC, inversores de freqncia, posicionadores rotativos, entre
outros.
Figura 5.9: Exemplo de um circuito de sada analgica.
5.2. FUNCIONAMENTO DOS CLP
Um controlador lgico programvel tem seu funcionamento baseado num sistema de
microcomputador onde se tem uma estrutura de software que realiza continuamente ciclos de
varredura. A forma mais comum de processamento da CPU do CLP o processamento cclico,
onde as instrues do programa contidos na memria so lidas linha a linha, uma aps a outra
seqencialmente do incio ao fim, da retornando ao incio ciclicamente.
Figura 5.10: Esquema de processamento cclico.
Um dado importante de uma CPU o seu tempo de ciclo, o tempo gasto para a execuo de
uma varredura (scan). Este tempo funo do tamanho do programa do usurio (em mdia 10
ms a cada 1000 instrues).
O CLP apresenta estados de operao, que so basicamente dois estados:
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PROGRAMAO: Neste estado, o CLP no executa o programa, no assume nenhuma funo
de controle, sendo este estado utilizado para a programao do mesmo ou efetuar testes e
alteraes no programa do usurio. Programao off-line.
EXECUO: Estado em que o CLP assume a execuo do programa do usurio. Neste estado,
se o CLP admitir programao, esta denominada programao on-line.
O CLP funciona segundo um programa permanente armazenado em memria ROM
(firmware/programa monitor/sistema operacional), que executa um ciclo de scan chamado
scan timer e que consiste de uma srie de operaes realizadas de forma seqencial e
repetida. A figura 5.11 representa, em forma de fluxograma, as principais fases de um ciclo de
scan de um CLP.
Ao ser energizado, estando o CLP em execuo o mesmo cumpre uma rotina escrita em seu
sistema operacional. Esta rotina realiza as seguintes tarefas:
Verifica o funcionamento da CPU, memrias e circuitos auxiliares;
Verifica as configuraes internas (hardware) e compara com os circuitos instalados;
Verifica os estados das chaves principais (RUN, STOP, PROG, e outras);
Desativa todas as sadas;
Verifica a existncia de um programa de usurio;
Emite um aviso de erro se ocorrer alguma falha e ento pra;
Se no encontrar nenhum erro nesta rotina, a CPU passa a fazer uma varredura constante,
em forma de loop, das instrues.
Entrando em loop o primeiro passo a ser executado a leitura dos pontos de entrada,
transferindo os dados lidos para a tabela ou memria de imagem das entradas.
Aps a gravao dos valores na tabela imagem de entradas, o processador inicia a execuo do
programa do usurio, de acordo com as instrues armazenadas na memria.
Terminando o processamento do programa, os valores obtidos sero transferidos para a tabela
ou memria de imagem de sadas, como tambm a transferncia de outros operandos, como
resultados aritmticos, contagens, etc.
Ao trmino das atualizaes das tabelas de imagem das sadas, ento feito a transferncia
para os cartes ou mdulos de sadas, fechando o loop. Neste momento inicia-se outro loop
(ciclo de scan).
O ciclo de scan monitorado por um circuito denominado watch dog timer (pode ser
programado por hardware ou software). Este ciclo tem um tempo pr-definido e sendo
ultrapassado o watch dog timer ativado interrompendo o processamento da CPU. O CLP
assume um estado de erro.
O tempo de varredura depende do tamanho do programa do usurio e das quantidades de
entradas e sadas programadas.
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Figura 5.11: Ciclo de varredura de um CLP.
Ento basicamente o CLP, aps executar as sub-rotinas do seu programa monitor, l as
entradas, atualiza o mapa de memria das entradas, executa o programa do usurio
baseado nas entradas lidas, atualiza o mapa de memria das sadas e somente depois de
terminar a atualizao do mapa de sada, transfere para os cartes de sada os sinais para os
atuadores em campo para o controle do processo automatizado. Conforme esquema
demonstrado da figura 5.12.
Figura 5.12: Ciclo de operao de um CLP ressaltando, leitura, processamento e sada.
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5.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO CLP
Com a reduo do custo de um CLP, devido ao desenvolvimento da indstria eletrnica e a
competio entre as mesmas, as aplicaes com CLP podem ser avaliadas com relao aos
benefcios oferecidos por esta tecnologia, se comparada com a utilizao de lgicas com rels
e contadores instalados em painis. Cito algumas destas vantagens:
A flexibilidade na mudana de lgicas no processo controlado
Alta confiabilidade na repetio do processo
Reduzido espao fsico para a montagem do CLP
Possibilidade de crescimento escalar, j que os CLP so modulares
Permite modificao no local de instalao do CLP atravs de programao com PC
A mesma lgica pode ser aplicada em processos similares
Comunicao com supervisrios instalados em computadores
Poucas so as desvantagens no uso de CLP, mais cito algumas dificuldades no uso desta
tecnologia:
Pode haver atuao incorreta por rudo (hardware do CLP, mdulos de entrada e sada
ou fonte) necessidade de filtros
Treinamento para utilizao do CLP
Caso ocorram danos no hardware, nem sempre possvel manuteno ao nvel da
fbrica
Figura 5.13: Comparao entre painel com rels e painel com CLP em montagem modular.
5.4. PROGRAMAO DO CLP
Programar um CLP significa passar instrues para o mesmo, a fim de que possa controlar
algum processo. Podemos passar instrues para o CLP utilizando um software especifico para
cada fabricante. Porm a linguagem utilizada basicamente a Step 5, a qual basicamente
representada em trs tipos mais utilizados:
Diagramas de Contados DIC ou do ingls Ladder Diagram - STL: tambm chamado
de diagrama de rels, diagrama escada ou diagrama ladder
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Esta forma grfica esta mais prxima da utilizada por eletrotcnicos em diagramas eltricos.
Figura 5.14: Diagrama ladder; entradas (E); sada (S);
Diagrama lgico DIL ou do ingls Control System Flowchart - CSF
Linguagem semelhante utilizada em eletrnica digital, representando o esquema em blocos
lgicos digitais.
Figura 5.15: Diagrama de blocos lgicos. Input (I); output (Q).
Lista de Instrues LIS ou do ingls Statement List - STL
Semelhante a utilizada em linguagens de computadores.
Figura 5.16: Diagrama de lista de instrues.
Durante o curso, ser usado para desenvolvimento da lgica de programao, o software da
Siemens LOGO! Soft. Este software na verso demo emula a funo do CLP LOGO da Siemens.
A linguagem que utilizaremos ser a do diagrama lgico. Vamos utilizar esta linguagem por ser
para o eletrotcnico uma linguagem pouco explorada durante o curso e na indstria, a
programao de CLP utilizando a por blocos lgicos muito utilizada.
A linguagem diagrama por contatos Ladder praticamente a que usamos para elaborar os
comandos eltricos. Cabe ressaltar que o software LOGO! Soft faz a converso de uma
linguagem para a outra, sendo muito til didaticamente.
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REFERNCIA BIBLIOGRAFICA
[1] PEDRO, LUIS ANTONELLI. Introduo aos Controladores Lgicos Programveis - CLPs. 1998. Apostila.
[2] CAPELLI, Alexa
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